逆止弁、流体装置およびポンプ
【課題】流体の送液状態に規定外の変化が生じても逆止弁に不具合が生じ難い構成の、逆止弁、流体装置、および、ポンプの提供を図る。
【解決手段】逆止弁５５は弁室Ｈ１に納められる。逆止弁５５は支持部５５Ａと可撓部５５Ｂとを備える。支持部５５Ａは主軸に沿って延設される。可撓部５５Ｂは、主軸から張り出した状態で支持部５５Ａに支持される。ダイヤフラム６４は弁室Ｈ１の下壁面を構成し、可撓部の変位により可撓部５５Ｂに覆われる位置に流体の流入口６４Ａを有する。底板６７は弁室Ｈ１の上壁面を構成し、可撓部５５Ｂを介在する状態でダイヤフラム６４に対向する。可撓部５５Ｂの両主面のうち底板６７に対向する上主面と底板６７の下主面との対向する領域の少なくとも一方に、部分的に起伏する起伏形状部５５Ｃを備える
【解決手段】逆止弁５５は弁室Ｈ１に納められる。逆止弁５５は支持部５５Ａと可撓部５５Ｂとを備える。支持部５５Ａは主軸に沿って延設される。可撓部５５Ｂは、主軸から張り出した状態で支持部５５Ａに支持される。ダイヤフラム６４は弁室Ｈ１の下壁面を構成し、可撓部の変位により可撓部５５Ｂに覆われる位置に流体の流入口６４Ａを有する。底板６７は弁室Ｈ１の上壁面を構成し、可撓部５５Ｂを介在する状態でダイヤフラム６４に対向する。可撓部５５Ｂの両主面のうち底板６７に対向する上主面と底板６７の下主面との対向する領域の少なくとも一方に、部分的に起伏する起伏形状部５５Ｃを備える
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流路に設けられて流体の逆流を防ぐ逆止弁、逆止弁を弁室に納めた構成の流体装置、および、ポンプ室に連通する流路に逆止弁と弁室とを設けたポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の燃料輸送用ポンプとして圧電ポンプが利用される。圧電ポンプは、圧電振動子を利用してダイヤフラムを振動させることでポンプ室内の流体を送液する。ポンプ室に連通する流路には、流体の逆流を防ぐ逆止弁が設けられる（例えば特許文献１参照。）。逆止弁は支持部と可撓部とを有し、流入圧が流出圧よりも小さい送液時および送液停止時に、流路を可撓部が塞ぐように構成される。また、流入圧が流出圧よりも大きい送液時に撓んで、可撓部が流路を開放するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２４５４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような逆止弁が設けられる流路では、流体の送液状態に想定外の変化が起こる場合に、逆止弁の可撓部が規定より大きく撓むことがある。例えば、気泡が混入した液体が送液される場合、高圧で圧縮されていた気泡が、逆止弁を通過する際に圧力が開放されて膨張し、膨張の勢いによって逆止弁の可撓部が大きく撓むことがあった。また、液体が送液された後に高圧気体が通過する場合にも、逆止弁の可撓部が大きく撓むことがある。
【０００５】
逆止弁の可撓部は、ある程度の大きさの撓みが生じても撓みを回復するように構成されるが、規定より大きく撓んだ際には、時として流路を塞ぐ通常位置とは異なる異常位置で壁面に貼り付き、流路を塞ぐことがあった。例えば、シリコーンゴム製の逆止弁では、メタノールなどを送液すると、逆止弁の表面が高粘化した状態になって壁面に貼り付き易くなる。このため、異常位置に貼り付いた可撓部は撓みを回復できないことがあった。また、逆止弁が吸盤状になって異常位置に貼り付いても、やはり可撓部の撓みが回復できなくなることがあった。
【０００６】
このように可撓部が異常位置に貼り付いてしまうと、圧電ポンプの機能が停止する不具合が生じ問題となる。また、異常位置に貼り付いて流路を塞ぐようなことがあれば、外部からの流体圧が耐圧を超えて圧電ポンプの破損を招く虞がある。
【０００７】
そこで本発明は、流体の送液状態に規定外の変化が生じても逆止弁に不具合が生じ難い構成の、逆止弁、流体装置、および、ポンプの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の逆止弁は、支持部と可撓部とを備える。支持部は柱形状である。可撓部は、支持部の主軸に対して傾斜する状態で支持部に支持されている。この逆止弁は、主軸に対して傾斜する可撓部の両主面のうち支持部と鈍角をなす主面に、部分的に起伏する起伏形状部を備える。
【０００９】
この構成の逆止弁で流体の流入口を可撓部が覆うためには、可撓部の支持部と鋭角をなす第１の主面を流体の流入口に向けて配置する必要が有る。したがって、逆止弁の可撓部が大きく撓む場合には、可撓部の支持部と鈍角をなす第２の主面が壁面に接触する危険性がある。そこで、この第２の主面に起伏形状部を設けることで、可撓部の第２の主面が壁面に接触しても接触面積を抑えることができ、逆止弁の可撓部が壁面に貼り付く危険性を抑制できる。
【００１０】
本発明の流体装置は、逆止弁と弁室とを備える。逆止弁は支持部と可撓部とを備える。支持部は柱形状である。可撓部は、支持部の主軸に対して張り出すように支持部に支持される。弁室の第１の壁面と第２の壁面との間に可撓部を収める。第１の壁面は、可撓部の変位により可撓部に覆われる位置に流体の流入口を有する。第２の壁面は第１の壁面に対向し、流体の流出孔を有する。この流体装置は、可撓部の両主面のうち第２の壁面に対向する主面と、弁室の第２の壁面と、の互いに対向する領域の少なくとも一方に、部分的に起伏する起伏形状部を備える。
【００１１】
この構成では、逆止弁の可撓部が大きく撓んで第２の壁面に可撓部が接触しても、起伏形状部によって接触面積を抑えることができ、逆止弁の可撓部が壁面に貼り付く危険性を抑制できる。
【００１２】
本発明の可撓部は中心部で支持部に支持されてなり、起伏形状部は可撓部の周端部に沿って部分的に起伏すると好適である。なお、可撓部の周端部とは周端だけでなく周端付近も含む。
【００１３】
この構成では、可撓部は支持部の中心部で支持されており、周端部が撓みやすくなるので、可撓部の周端部が大きく撓んで第２の壁面に接触すると、逆止弁が吸盤のように機能して第２の壁面に貼り付く虞がある。しかしながら、起伏形状部を可撓部の周端部に沿って部分的に起伏する形状とすることで、第２の壁面と可撓部との間に隙間ができやすくなり、逆止弁が吸盤のように機能し難くなる。なお、起伏形状部を可撓部に設ける場合には、可撓部の周端に接する位置に起伏形状部があると可撓部が撓みにくくなり、流体圧の圧損が大きくなる虞がある。そこで、起伏形状部は、可撓部の周端から離間する位置に設けられると好適である。
【００１４】
本発明の弁室の第２の壁面は可撓部の変位により可撓部に覆われる位置に流体の流出口を有し、起伏形状部は第２の壁面の流出口よりも可撓部の周端部側に設けると好適である。
【００１５】
この構成では、第２の壁面の可撓部の変位により可撓部に覆われる位置に流体の流出口を設けることで、弁室が小型化可能になる。しかしながら、この場合には、逆止弁が流出口を覆う虞が生じる。特に極めて高い流体圧が作用して起伏形状部による可撓部と第２の壁面との間の隙間が潰れると、逆止弁が吸盤のように機能して第２の壁面に貼り付き流出口を覆う危険性がある。そこで、起伏形状部を第２の壁面の流出口よりも可撓部の周端部側に設けた構成を採用することで、逆止弁が壁面に貼り付いて流出口を覆う危険性を抑制できる。
【００１６】
本発明の可撓部の両主面のうち第１の壁面に対向する主面は、支持部と鋭角をなすと好適である。これにより、可撓部のこの面と第１の壁面との接触面積を抑えられる。すると、逆止弁が流入口を覆う状態から流入口を開放させるために必要な流体圧が小さくなり、可撓部による圧損を抑制できる。
【００１７】
本発明の可撓部の両主面のうち第１の壁面に対向する主面と、支持部と、のなす角部が段形状に構成されると好適である。これにより、可撓部が大きく撓んでも支持部と可撓部との境界付近に必ず空間が形成される。このため、可撓部全体が第１の壁面に接触することが無くなる。また、可撓部の支持部から張り出した付近での可撓部の変形量を抑えられる。
【００１８】
本発明の支持部は、一端が第２の壁面に接触し、前記角部に形成された段形状の段部が第１の壁面に接触し、支持されると好適である。このような場合、例えば弁室の外側から高い圧力が加わったとしても、逆止弁の姿勢が崩れたり、変形することを防ぐことができる。その結果、より信頼性の高い流体装置を提供できる。
【００１９】
本発明のポンプは、上記した流体装置の弁室と逆止弁とを、ポンプ室に連通する流路に設ける。
【００２０】
この構成では、起伏形状部によって、逆止弁の可撓部が大きく撓んで第２の壁面に接触して貼り付く危険性を抑制できる。したがって、ポンプ室の流路に設ける逆止弁に不具合が起こる危険性を低減できる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、弁室の流入口を設けた壁面とは逆側の壁面に可撓部が接触しても、起伏形状部によって接触面積を抑えられる。これにより、この壁面に逆止弁が貼り付いて不具合が生じる危険性を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電ポンプの平面図である。
【図２】図1に示す圧電ポンプの分解斜視図である。
【図３】図２に示す構成における弁室および逆止弁の構成を説明する図である。
【図４】図２に示す構成における逆止弁の変形例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る逆止弁の構成例を説明する図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る弁室および逆止弁の構成例を説明する図である。
【図７】性能確認試験の概要を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、圧電ポンプの実施形態を例に、本願発明の逆止弁、流体装置、およびポンプを説明する。
【００２４】
図１は本実施形態に係る圧電ポンプ１０１の平面図である。
【００２５】
圧電ポンプ１０１は、コネクタ６８、圧電振動子６５、ポンプ室本体７０、および、ポンプ室天板６０を備える。ポンプ室天板６０はポンプ室本体７０を搭載する。ポンプ室本体７０は圧電振動子６５を搭載し、ポンプ室５２、流入路５１、および、流出路５３を備える。流入路５１はポンプ室５２へ流体を供給する。流出路５３はポンプ室５２から流体を排出する。コネクタ６８は、圧電振動子６５の２つの電極に電気的に接続される。圧電振動子６５は、コネクタ６８を介した交流電圧の印加によって屈曲振動して、ポンプ室５２の容積拡張／収縮を繰り返させる。これにより、圧電ポンプ１０１では、ポンプ室５２の拡張時に流入路５１から流体が流入し、ポンプ室５２の収縮時に流出路５３から流体を排出する。
【００２６】
図２は圧電ポンプ１０１の分解斜視図である。
【００２７】
ポンプ室本体７０は、流路板６２、ポンプ室板６３、ダイヤフラム６４、弁室板６６、および底板６７を積層して構成している。流路板６２、ポンプ室板６３、ダイヤフラム６４、弁室板６６、および底板６７それぞれはPETシートである。
【００２８】
ポンプ室天板６０は上部にポンプ室本体７０が積層される。ポンプ室本体７０を構成する流路板６２は、ポンプ室天板６０の上部に配置される。この流路板６２は流路用溝５９を備える。流路用溝５９は、流入路５１の形成位置からポンプ室５２の中央位置を経由して流出路５３の形成位置まで、PETシートをくり抜いて形成される。ポンプ室板６３は流路板６２の上部に配置される。このポンプ室板６３はポンプ室５２を備える。ポンプ室５２は、ほぼ円盤形にPETシートをくり抜いて形成され、内部に液体保持用部材５６が非固定状態で配置される。液体保持用部材５６は、ポンプ室５２よりも小さい円盤形のＰＥＴシートの中央に開口５７を加工してなり、ポンプ室５２との隙間に液体を毛管現象で保持する。ダイヤフラム６４はポンプ室５２の上部に配置される。圧電振動子６５はダイヤフラム６４の上部に貼着される。この圧電振動子６５はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の矩形状簿板であり、屈曲振動してダイヤフラム６４を撓ませてポンプ室５２の容積拡張／収縮を繰り返させる。弁室板６６はダイヤフラム６４の上部に配置される。この弁室板６６は圧電振動子６５を収める開口部と２つの弁室Ｈ１，Ｈ２とを備える。弁室Ｈ２は流入路５１に設けられ、内部に逆止弁５４が配置される。逆止弁５４は流入路５１で流体が逆流するのを阻止する。弁室Ｈ１は流出路５３に設けられ、内部に逆止弁５５が配置される。逆止弁５５は流出路５３を流体が逆流するのを阻止する。底板６７は弁室板６６の上部に配置される。
【００２９】
この圧電ポンプ１０１を実際に使用する際には、ポンプ室天板６０が上側に、底板６７が下側になるように配置される。そのため、図３においては最下層と最上層とに位置する部品の名称を便宜上「ポンプ室天板」および「底板」としている。なお、ポンプ室天板６０を下側に、底板６７が上側になるように配置してもよいことは言うまでもない。
【００３０】
図３は、圧電ポンプ１０１における逆止弁５５および弁室Ｈ１の構成を説明する図である。図３（Ａ）は逆止弁５５の斜視図である。図３（Ｂ）は逆止弁５５を納める弁室Ｈ１の断面図である。なお、以下では逆止弁５４および弁室Ｈ２の構成についての説明は省くが、逆止弁５４および弁室Ｈ２の構成は、逆止弁５５および弁室Ｈ１と略同じ構成であって上下の配置方向が逆である。
【００３１】
逆止弁５５はシリコーンゴムを一体成形してなり、支持部５５Ａと可撓部５５Ｂと４つの起伏形状部５５Ｃとを備える。逆止弁５５をシリコーンゴムで構成することで、複雑な形状の成形が容易になる。支持部５５Ａは柱形状である。本実施形態では支持部５５Ａは端部にアールをつけた円柱形状である。この支持部５５Ａの主軸を図中点線で示す。
【００３２】
可撓部５５Ｂは支持部５５Ａの主軸に対して傾斜する状態で支持部５５Ａの中央付近に支持される。本実施形態では可撓部５５Ｂは支持部５５Ａの主軸を中心軸として円形に構成し、可撓部５５Ｂの上主面は支持部５５Ａと鈍角をなす傘状とし、下主面は支持部５５Ａと鋭角をなす漏斗状とする。この可撓部５５Ｂは、流体圧に従って変位する。ここでは、可撓部５５Ｂの上主面側に支持部５５Ａの上端が突出するようにしている。これにより、支持部５５Ａから張り出した可撓部５５Ｂの支持部５５Ａとの角度が直角に近づき、可撓部５５Ｂが撓みやすくなる。このようにすることで流入口６４Ａを開放させるために必要な流体圧を小さくし、可撓部５５Ｂによって生じる圧損を低減できる。
【００３３】
可撓部５５Ｂの下主面が支持部５５Ａから張り出した部分には、段部５５Ｄを設けている。段部５５Ｄは、可撓部５５Ｂの下主面から立設するとともに、支持部５５Ａの周面から立設する。この段部５５Ｄによって、可撓部５５Ｂの上主面に大きな流体圧が作用する際の、逆止弁５５が下方向に逃げうる範囲が規制される。また、逆止弁５５が下方向に逃げても、可撓部５５Ｂと段部５５Ｄとの境界付近に必ず空間が形成される。このため、段部５５Ｄを設けることで可撓部５５Ｂの下主面全面が弁室Ｈ１の下壁面に吸着することが無くなる。また、段部５５Ｄを設けることで可撓部５５Ｂが支持部５５Ａから張り出した付近での変形量を抑えられ、可撓部５５Ｂが反り返り難くなる。
【００３４】
可撓部５５Ｂの上主面には４つの起伏形状部５５Ｃを設けている。４つの起伏形状部５５Ｃは可撓部５５Ｂの円周端に沿って等間隔で配列する。各起伏形状部５５Ｃは、それぞれ可撓部５５Ｂの上主面から円形で凸に隆起する。ここでは、可撓部５５Ｂの円周端から離間させて起伏形状部５５Ｃを設けている。これにより、起伏形状部５５Ｃが円周端に接する場合よりも、可撓部が撓みやすくなる。このようにすることで流入口６４Ａを開放させるために必要な流体圧を小さくし、可撓部５５Ｂによって生じる圧損を低減できる。
【００３５】
弁室Ｈ１は、ダイヤフラム６４と弁室板６６と底板６７とにより囲まれる円柱状の空間であり、内部に逆止弁５５を収める。ダイヤフラム６４は弁室Ｈ１の下壁面を構成し、弁室Ｈ１の流入口６４Ａと支持口６４Ｂとを備える。支持口６４Ｂは弁室Ｈ１の中央に設ける。流入口６４Ａは、逆止弁５５の可撓部５５Ｂに対向する位置に設ける。この弁室Ｈ１の下壁面が本発明の第１の壁面に相当する。底板６７は弁室Ｈ１の上壁面を構成し、弁室Ｈ１の流出口６７Ａを備える。流出口６７Ａは、可撓部５５Ｂの起伏形状部５５Ｃよりも内周側で可撓部５５Ｂに対向する位置に設ける。すなわち、起伏形状部５５Ｃは流出口６７Ａよりも可撓部５５Ｂの円周端側に設ける。この弁室Ｈ１の上壁面が本発明の第２の壁面に相当する。弁室板６６は弁室Ｈ１の側壁面を構成する。
【００３６】
逆止弁５５は、弁室Ｈ１の支持口６４Ｂに支持部５５Ａの下端部が挿入され、支持部５５Ａの上端が底板６７に接触して支持されるとともに可撓部５５Ｂの円周端の下側がダイヤフラム６４に接触して支持される。これにより、逆止弁５５の水平面での位置が規制されるとともに、主軸での位置が規制される。なお、本実施形態では弁室Ｈ１の上下壁面間隔は逆止弁５５の支持部５５Ａ上端から可撓部５５Ｂの下端までの距離より若干だけ短くし、逆止弁５５が弁室Ｈ１の上下壁面間に狭持されるように構成している。このように、弁室Ｈ１の上下壁面間で逆止弁５５を狭持する構成を採用することで、逆止弁５５と弁室Ｈ１とからなる流体装置の構成を低背化しながら、逆止弁５５の位置規制を高精度に行える。
【００３７】
また、本実施形態では、可撓部５５Ｂが支持部５５Ａの主軸に対して傾斜しているため、可撓部５５Ｂの円周端付近のみがダイヤフラム６４に接触する。これにより、両者の接触面積が抑えられ、流入口６４Ａを開放させるために必要な流体圧が小さくなり、可撓部５５Ｂによる圧損を抑制できる。
【００３８】
前述のポンプ室５２が収縮すると、可撓部５５Ｂの下主面に作用する流体圧が上主面に作用する流体圧よりも大きくなり、可撓部５５Ｂの周端部が上方に撓んで、流入口６４Ａに連通する逆止弁５５の下方空間が開放される。これにより、弁室Ｈ１を流体が順流で流れることになる。一方、ポンプ室５２が拡張すると、可撓部５５Ｂの下主面に作用する流体圧が上主面に作用する流体圧よりも小さくなり、可撓部５５Ｂの上方への撓みが回復して、可撓部５５Ｂが弁室Ｈ１の下壁面に押しつけられる。これにより、流入口６４Ａに連通する逆止弁５５の下方空間が閉塞され、弁室Ｈ１での流体の逆流が防がれる。
【００３９】
以上の構成の逆止弁５５および弁室Ｈ１では、従来構成と同様に、可撓部５５Ｂの下主面に作用する流体圧が上主面に作用する流体圧よりも過大になると、可撓部５５Ｂが規定より大きく上方に撓み、起伏形状部５５Ｃが弁室Ｈ１の上壁面に接触することになる。
【００４０】
図４は、この状態での逆止弁５５の変形状態を説明する断面図である。可撓部５５Ｂが規定より大きく上方に撓んで起伏形状部５５Ｃが弁室Ｈ１の上壁面に接触する際には、起伏形状部５５Ｃは流出口６７Ａよりも外周側に接触する。これにより可撓部５５Ｂの上主面と、弁室Ｈ１の上壁面との間に隙間ができる。このため、逆止弁５５と弁室Ｈ１の上壁面との接触面積が抑制されるとともに、可撓部５５Ｂが吸盤状になることが抑制され、可撓部５５Ｂは弁室Ｈ１の上壁面に貼り付き難くなる。したがって、流体の送液状態が通常に戻ることで可撓部５５Ｂの撓みが回復することになる。
【００４１】
このため、この圧電ポンプ１０１では、仮に気泡が混入した液体が送液されたり、液体が送液された後に高圧気体が流入したりして、逆止弁の可撓部が大きく撓んだとしても、圧電ポンプの機能が停止したり、可撓部が流出口を閉塞して圧電ポンプの破損を招いたりする不具合が生じ難く、高信頼性の構成となる。
【００４２】
なお、起伏形状部５５Ｃは凸形状の他、凹形状等であってもよく、弁室Ｈ１の上壁面との接触面積が小さくなるような構成が設けられていればよい。特に、起伏形状部５５Ｃと弁室Ｈ１の上壁面とが点接触もしくは線接触できるような構成が好ましい。起伏形状部５５Ｃは一つ以上設ければいくつ設けてもよい。また、可撓部５５Ｂは矩形など非円形であってもよい。可撓部５５Ｂは、中心からオフセットした位置で支持部５５Ａに支持させた舌状であってもよい。可撓部５５Ｂは、流入口が設けられた弁室Ｈ１の下壁面に、下主面全面が接触する構成であっても良い。さらには、先行技術文献の図３に示される構成のように、支持部の端部に大径部を設けて大径部と可撓部との間に弁室の壁面上下面を狭持することで逆止弁５５を支持してもよい。いずれの構成であっても、第２の壁面に対向する可撓部５５Ｂの主面に起伏形状部５５Ｃを設けることで、本発明は好適に実施することができる。
【００４３】
また、起伏形状部５５Ｃは、支持部５５Ａを取り囲むリング状に形成してもよい。その場合であっても、逆止弁５５と弁室Ｈ１の上壁面との接触面積を低減することができる。ただし、この場合には、反り返った逆止弁５５が吸盤状に上壁面に貼り付くことを防ぐことは難しい。そこで、リング状の一部に切れ目をいれたり、上壁面に切れ目をいれたりして、吸盤内部の圧が抜けるように構成するとよい。
【００４４】
次に、圧電ポンプの他の実施形態を例に、本願発明の逆止弁、流体装置、およびポンプを説明する。
【００４５】
図５は、逆止弁の構成例の斜視図である。
【００４６】
図５（Ａ）に示す逆止弁１５５は、上述の逆止弁５５と形状が相違する起伏形状部１５５Ｃを備える。起伏形状部１５５Ｃは、逆止弁１５５の傘状の上主面から長円形で凸に隆起し、その長円形の長径が逆止弁１５５の径に沿う。また、図５（Ｂ）に示す逆止弁２５５は、上述の逆止弁５５と形状が相違する起伏形状部２５５Ｃを備える。起伏形状部２５５Ｃは、逆止弁２５５の傘状の上主面から長円形で凸に隆起し、その長円形の長径が逆止弁１５５の周に沿う。このように起伏形状部はどのような形状であってもよい。例えば、可撓部の全面に凹凸を設けた形状などであっても好適である。
【００４７】
図６は、逆止弁および弁室の構成例の断面図である。
【００４８】
図６（Ａ）に示す逆止弁３５５および弁室Ｈ１１は、上述の逆止弁５５および弁室Ｈ１とは相違する位置に起伏形状部１６７Ｃを備える。具体的には、逆止弁３５５における可撓部３５５Ｂの傘状の上主面を凹凸のない連続面とし、弁室Ｈ１１の上壁面を構成する底板１６７の下面に、可撓部３５５Ｂに対向する起伏形状部１６７Ｃを設けている。
【００４９】
この構成では、可撓部３５５Ｂが規定より大きく上方に撓むと、可撓部３５５Ｂが起伏形状部１６７Ｃに接触することになる。すると、可撓部３５５Ｂの上主面と、弁室Ｈ１１の上壁面との間に隙間ができる。このため、逆止弁３５５と弁室Ｈ１１の上壁面との接触面積が抑制されるとともに、可撓部３５５Ｂが吸盤状になることが抑制され、可撓部３５５Ｂは弁室Ｈ１１の上壁面に貼り付き難くなる。したがって、流体の送液状態が通常に戻ることで可撓部３５５Ｂの撓みが回復することになる。
【００５０】
なお、起伏形状部１６７Ｃは、弁室Ｈ１１の上壁面の可撓部３５５Ｂに対向する領域を粗面化することで構成してもよい。起伏形状部１６７Ｃは一つ以上設ければいくつ設けてもよい。いずれの構成であっても、第２の壁面に起伏形状部を設けることで、本発明は好適に実施することができる。
【００５１】
図６（Ｂ）に示す逆止弁５５および弁室Ｈ２１は、上述の弁室Ｈ１とは流出口の数が相違する。具体的には、４つ設けていた流出口のうちの３つを無くして１つの流出口２６７Ａのみを設けている。この構成では、流出口２６７Ａの直下付近での可撓部５５Ｂの撓みが、その他の領域の可撓部５５Ｂの撓みよりも大きくなる。このように流出口の形成位置を、可撓部が対向する領域において特定の方向に偏らせて位置させることにより、１つの逆止弁であっても撓み力に差を持たせることができる。その結果、流出口２６７Ａ側の可撓部５５Ｂが固着したとしても、その他の領域の可撓部が固着しにくくなることから、その他の領域の可撓部が起点となり弁室Ｈ２１の上壁からはがれやすくなる。その結果、可逆部５５Ｂが吸盤状になって弁室Ｈ２１の上壁に貼り付く危険性が低減される。なお、ここでは流出口２６７を１つ設けたが、可撓部が対向する領域において形成位置を偏らせれば２つ以上設けてもよい。
【００５２】
図６（Ｃ）に示す逆止弁４５５は、支持部５５Ａの上端が弁室Ｈ２１の上壁面と接触し、支持部５５Ａに設けられた段部４５５Ｄが弁室Ｈ２１の下壁面に接触する。この構成では、弁室Ｈ２１の上下壁面間で逆止弁４５５を狭持して支持することで、弁室Ｈ２１の上壁面側から逆止弁４５５が高い圧力を受けたとしても、逆止弁４５５が支持口６４Ｂへ押し込まれて変形することや、姿勢が不安定になることを防ぐことができる。また、振動や落下試験等の外的要因によっても姿勢が崩れることがなく、より信頼性の高い流体装置を提供できる。
【００５３】
次に、圧電ポンプの性能確認試験を行った結果を説明する。試験では弁室Ｈ２１で逆止弁５５が反り返って弁室壁面に貼り付く状態になる圧力を測定した。性能確認試験の比較対象として起伏形状部を設けない従来構成の逆止弁３５５と、本構成の逆止弁５５との性能比較を行った。
【００５４】
図７（Ａ）は性能確認試験の実験環境を説明する図である。図７（Ｂ）は本構成の逆止弁５５が大きく撓んだ状態を示す図である。図７（Ｃ）は比較構成の逆止弁３５５が大きく撓んだ状態を示す図である。
【００５５】
実験に利用した実験装置は、圧電ポンプの流入路に接続する送液配管に対して、レギュレータ２０２と高圧源２０１と圧力センサ２０３とコッヘル２０４を接続した構成である。
【００５６】
試験は、まず、圧電ポンプにメタノールを充填させた。次に、コッヘル２０４を閉じた状態でレギュレータ２０２を調整して圧力センサ２０３が所定圧力を検出するようにした。そして、コッヘル２０４を開くことで圧電ポンプに空気を流し込み、弁室で逆止弁が反り返って弁室Ｈ２１の壁面に貼り付く状態になっていることが視認できるか判定した。
【００５７】
所定圧力を１０ｋＰａ毎に変更して実験を繰り返した結果、本構成では１００ｋＰａを超えても逆止弁５５の貼り付きが生じなかった。実験中には、図７（Ｂ）に示すような逆止弁５５が反り返った状況となったが、実験後には、逆止弁５５の反り返りが回復し、通常動作が可能になった。一方、比較構成では、３０〜５０ｋＰａの所定圧力とした場合に、逆止弁３５５の貼り付きが頻発し、図７（Ｃ）に示すような逆止弁３５５が反り返った状況が、実験後にも維持され、通常動作ができない不具合が生じた。この性能確認試験の結果からも、本願構成では逆止弁の貼り付きを抑えることが可能であることが確認できた。
【符号の説明】
【００５８】
１０１…圧電ポンプ
６０…ポンプ室天板
７０…ポンプ室本体
５１…流入路
５２…ポンプ室
５３…排出路
５４，５５…逆止弁
Ｈ１，Ｈ２…弁室
５５Ａ…支持部
５５Ｂ…可撓部
５５Ｃ…起伏形状部
５５Ｄ…段部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流路に設けられて流体の逆流を防ぐ逆止弁、逆止弁を弁室に納めた構成の流体装置、および、ポンプ室に連通する流路に逆止弁と弁室とを設けたポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の燃料輸送用ポンプとして圧電ポンプが利用される。圧電ポンプは、圧電振動子を利用してダイヤフラムを振動させることでポンプ室内の流体を送液する。ポンプ室に連通する流路には、流体の逆流を防ぐ逆止弁が設けられる（例えば特許文献１参照。）。逆止弁は支持部と可撓部とを有し、流入圧が流出圧よりも小さい送液時および送液停止時に、流路を可撓部が塞ぐように構成される。また、流入圧が流出圧よりも大きい送液時に撓んで、可撓部が流路を開放するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２４５４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような逆止弁が設けられる流路では、流体の送液状態に想定外の変化が起こる場合に、逆止弁の可撓部が規定より大きく撓むことがある。例えば、気泡が混入した液体が送液される場合、高圧で圧縮されていた気泡が、逆止弁を通過する際に圧力が開放されて膨張し、膨張の勢いによって逆止弁の可撓部が大きく撓むことがあった。また、液体が送液された後に高圧気体が通過する場合にも、逆止弁の可撓部が大きく撓むことがある。
【０００５】
逆止弁の可撓部は、ある程度の大きさの撓みが生じても撓みを回復するように構成されるが、規定より大きく撓んだ際には、時として流路を塞ぐ通常位置とは異なる異常位置で壁面に貼り付き、流路を塞ぐことがあった。例えば、シリコーンゴム製の逆止弁では、メタノールなどを送液すると、逆止弁の表面が高粘化した状態になって壁面に貼り付き易くなる。このため、異常位置に貼り付いた可撓部は撓みを回復できないことがあった。また、逆止弁が吸盤状になって異常位置に貼り付いても、やはり可撓部の撓みが回復できなくなることがあった。
【０００６】
このように可撓部が異常位置に貼り付いてしまうと、圧電ポンプの機能が停止する不具合が生じ問題となる。また、異常位置に貼り付いて流路を塞ぐようなことがあれば、外部からの流体圧が耐圧を超えて圧電ポンプの破損を招く虞がある。
【０００７】
そこで本発明は、流体の送液状態に規定外の変化が生じても逆止弁に不具合が生じ難い構成の、逆止弁、流体装置、および、ポンプの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の逆止弁は、支持部と可撓部とを備える。支持部は柱形状である。可撓部は、支持部の主軸に対して傾斜する状態で支持部に支持されている。この逆止弁は、主軸に対して傾斜する可撓部の両主面のうち支持部と鈍角をなす主面に、部分的に起伏する起伏形状部を備える。
【０００９】
この構成の逆止弁で流体の流入口を可撓部が覆うためには、可撓部の支持部と鋭角をなす第１の主面を流体の流入口に向けて配置する必要が有る。したがって、逆止弁の可撓部が大きく撓む場合には、可撓部の支持部と鈍角をなす第２の主面が壁面に接触する危険性がある。そこで、この第２の主面に起伏形状部を設けることで、可撓部の第２の主面が壁面に接触しても接触面積を抑えることができ、逆止弁の可撓部が壁面に貼り付く危険性を抑制できる。
【００１０】
本発明の流体装置は、逆止弁と弁室とを備える。逆止弁は支持部と可撓部とを備える。支持部は柱形状である。可撓部は、支持部の主軸に対して張り出すように支持部に支持される。弁室の第１の壁面と第２の壁面との間に可撓部を収める。第１の壁面は、可撓部の変位により可撓部に覆われる位置に流体の流入口を有する。第２の壁面は第１の壁面に対向し、流体の流出孔を有する。この流体装置は、可撓部の両主面のうち第２の壁面に対向する主面と、弁室の第２の壁面と、の互いに対向する領域の少なくとも一方に、部分的に起伏する起伏形状部を備える。
【００１１】
この構成では、逆止弁の可撓部が大きく撓んで第２の壁面に可撓部が接触しても、起伏形状部によって接触面積を抑えることができ、逆止弁の可撓部が壁面に貼り付く危険性を抑制できる。
【００１２】
本発明の可撓部は中心部で支持部に支持されてなり、起伏形状部は可撓部の周端部に沿って部分的に起伏すると好適である。なお、可撓部の周端部とは周端だけでなく周端付近も含む。
【００１３】
この構成では、可撓部は支持部の中心部で支持されており、周端部が撓みやすくなるので、可撓部の周端部が大きく撓んで第２の壁面に接触すると、逆止弁が吸盤のように機能して第２の壁面に貼り付く虞がある。しかしながら、起伏形状部を可撓部の周端部に沿って部分的に起伏する形状とすることで、第２の壁面と可撓部との間に隙間ができやすくなり、逆止弁が吸盤のように機能し難くなる。なお、起伏形状部を可撓部に設ける場合には、可撓部の周端に接する位置に起伏形状部があると可撓部が撓みにくくなり、流体圧の圧損が大きくなる虞がある。そこで、起伏形状部は、可撓部の周端から離間する位置に設けられると好適である。
【００１４】
本発明の弁室の第２の壁面は可撓部の変位により可撓部に覆われる位置に流体の流出口を有し、起伏形状部は第２の壁面の流出口よりも可撓部の周端部側に設けると好適である。
【００１５】
この構成では、第２の壁面の可撓部の変位により可撓部に覆われる位置に流体の流出口を設けることで、弁室が小型化可能になる。しかしながら、この場合には、逆止弁が流出口を覆う虞が生じる。特に極めて高い流体圧が作用して起伏形状部による可撓部と第２の壁面との間の隙間が潰れると、逆止弁が吸盤のように機能して第２の壁面に貼り付き流出口を覆う危険性がある。そこで、起伏形状部を第２の壁面の流出口よりも可撓部の周端部側に設けた構成を採用することで、逆止弁が壁面に貼り付いて流出口を覆う危険性を抑制できる。
【００１６】
本発明の可撓部の両主面のうち第１の壁面に対向する主面は、支持部と鋭角をなすと好適である。これにより、可撓部のこの面と第１の壁面との接触面積を抑えられる。すると、逆止弁が流入口を覆う状態から流入口を開放させるために必要な流体圧が小さくなり、可撓部による圧損を抑制できる。
【００１７】
本発明の可撓部の両主面のうち第１の壁面に対向する主面と、支持部と、のなす角部が段形状に構成されると好適である。これにより、可撓部が大きく撓んでも支持部と可撓部との境界付近に必ず空間が形成される。このため、可撓部全体が第１の壁面に接触することが無くなる。また、可撓部の支持部から張り出した付近での可撓部の変形量を抑えられる。
【００１８】
本発明の支持部は、一端が第２の壁面に接触し、前記角部に形成された段形状の段部が第１の壁面に接触し、支持されると好適である。このような場合、例えば弁室の外側から高い圧力が加わったとしても、逆止弁の姿勢が崩れたり、変形することを防ぐことができる。その結果、より信頼性の高い流体装置を提供できる。
【００１９】
本発明のポンプは、上記した流体装置の弁室と逆止弁とを、ポンプ室に連通する流路に設ける。
【００２０】
この構成では、起伏形状部によって、逆止弁の可撓部が大きく撓んで第２の壁面に接触して貼り付く危険性を抑制できる。したがって、ポンプ室の流路に設ける逆止弁に不具合が起こる危険性を低減できる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、弁室の流入口を設けた壁面とは逆側の壁面に可撓部が接触しても、起伏形状部によって接触面積を抑えられる。これにより、この壁面に逆止弁が貼り付いて不具合が生じる危険性を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電ポンプの平面図である。
【図２】図1に示す圧電ポンプの分解斜視図である。
【図３】図２に示す構成における弁室および逆止弁の構成を説明する図である。
【図４】図２に示す構成における逆止弁の変形例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る逆止弁の構成例を説明する図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る弁室および逆止弁の構成例を説明する図である。
【図７】性能確認試験の概要を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、圧電ポンプの実施形態を例に、本願発明の逆止弁、流体装置、およびポンプを説明する。
【００２４】
図１は本実施形態に係る圧電ポンプ１０１の平面図である。
【００２５】
圧電ポンプ１０１は、コネクタ６８、圧電振動子６５、ポンプ室本体７０、および、ポンプ室天板６０を備える。ポンプ室天板６０はポンプ室本体７０を搭載する。ポンプ室本体７０は圧電振動子６５を搭載し、ポンプ室５２、流入路５１、および、流出路５３を備える。流入路５１はポンプ室５２へ流体を供給する。流出路５３はポンプ室５２から流体を排出する。コネクタ６８は、圧電振動子６５の２つの電極に電気的に接続される。圧電振動子６５は、コネクタ６８を介した交流電圧の印加によって屈曲振動して、ポンプ室５２の容積拡張／収縮を繰り返させる。これにより、圧電ポンプ１０１では、ポンプ室５２の拡張時に流入路５１から流体が流入し、ポンプ室５２の収縮時に流出路５３から流体を排出する。
【００２６】
図２は圧電ポンプ１０１の分解斜視図である。
【００２７】
ポンプ室本体７０は、流路板６２、ポンプ室板６３、ダイヤフラム６４、弁室板６６、および底板６７を積層して構成している。流路板６２、ポンプ室板６３、ダイヤフラム６４、弁室板６６、および底板６７それぞれはPETシートである。
【００２８】
ポンプ室天板６０は上部にポンプ室本体７０が積層される。ポンプ室本体７０を構成する流路板６２は、ポンプ室天板６０の上部に配置される。この流路板６２は流路用溝５９を備える。流路用溝５９は、流入路５１の形成位置からポンプ室５２の中央位置を経由して流出路５３の形成位置まで、PETシートをくり抜いて形成される。ポンプ室板６３は流路板６２の上部に配置される。このポンプ室板６３はポンプ室５２を備える。ポンプ室５２は、ほぼ円盤形にPETシートをくり抜いて形成され、内部に液体保持用部材５６が非固定状態で配置される。液体保持用部材５６は、ポンプ室５２よりも小さい円盤形のＰＥＴシートの中央に開口５７を加工してなり、ポンプ室５２との隙間に液体を毛管現象で保持する。ダイヤフラム６４はポンプ室５２の上部に配置される。圧電振動子６５はダイヤフラム６４の上部に貼着される。この圧電振動子６５はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の矩形状簿板であり、屈曲振動してダイヤフラム６４を撓ませてポンプ室５２の容積拡張／収縮を繰り返させる。弁室板６６はダイヤフラム６４の上部に配置される。この弁室板６６は圧電振動子６５を収める開口部と２つの弁室Ｈ１，Ｈ２とを備える。弁室Ｈ２は流入路５１に設けられ、内部に逆止弁５４が配置される。逆止弁５４は流入路５１で流体が逆流するのを阻止する。弁室Ｈ１は流出路５３に設けられ、内部に逆止弁５５が配置される。逆止弁５５は流出路５３を流体が逆流するのを阻止する。底板６７は弁室板６６の上部に配置される。
【００２９】
この圧電ポンプ１０１を実際に使用する際には、ポンプ室天板６０が上側に、底板６７が下側になるように配置される。そのため、図３においては最下層と最上層とに位置する部品の名称を便宜上「ポンプ室天板」および「底板」としている。なお、ポンプ室天板６０を下側に、底板６７が上側になるように配置してもよいことは言うまでもない。
【００３０】
図３は、圧電ポンプ１０１における逆止弁５５および弁室Ｈ１の構成を説明する図である。図３（Ａ）は逆止弁５５の斜視図である。図３（Ｂ）は逆止弁５５を納める弁室Ｈ１の断面図である。なお、以下では逆止弁５４および弁室Ｈ２の構成についての説明は省くが、逆止弁５４および弁室Ｈ２の構成は、逆止弁５５および弁室Ｈ１と略同じ構成であって上下の配置方向が逆である。
【００３１】
逆止弁５５はシリコーンゴムを一体成形してなり、支持部５５Ａと可撓部５５Ｂと４つの起伏形状部５５Ｃとを備える。逆止弁５５をシリコーンゴムで構成することで、複雑な形状の成形が容易になる。支持部５５Ａは柱形状である。本実施形態では支持部５５Ａは端部にアールをつけた円柱形状である。この支持部５５Ａの主軸を図中点線で示す。
【００３２】
可撓部５５Ｂは支持部５５Ａの主軸に対して傾斜する状態で支持部５５Ａの中央付近に支持される。本実施形態では可撓部５５Ｂは支持部５５Ａの主軸を中心軸として円形に構成し、可撓部５５Ｂの上主面は支持部５５Ａと鈍角をなす傘状とし、下主面は支持部５５Ａと鋭角をなす漏斗状とする。この可撓部５５Ｂは、流体圧に従って変位する。ここでは、可撓部５５Ｂの上主面側に支持部５５Ａの上端が突出するようにしている。これにより、支持部５５Ａから張り出した可撓部５５Ｂの支持部５５Ａとの角度が直角に近づき、可撓部５５Ｂが撓みやすくなる。このようにすることで流入口６４Ａを開放させるために必要な流体圧を小さくし、可撓部５５Ｂによって生じる圧損を低減できる。
【００３３】
可撓部５５Ｂの下主面が支持部５５Ａから張り出した部分には、段部５５Ｄを設けている。段部５５Ｄは、可撓部５５Ｂの下主面から立設するとともに、支持部５５Ａの周面から立設する。この段部５５Ｄによって、可撓部５５Ｂの上主面に大きな流体圧が作用する際の、逆止弁５５が下方向に逃げうる範囲が規制される。また、逆止弁５５が下方向に逃げても、可撓部５５Ｂと段部５５Ｄとの境界付近に必ず空間が形成される。このため、段部５５Ｄを設けることで可撓部５５Ｂの下主面全面が弁室Ｈ１の下壁面に吸着することが無くなる。また、段部５５Ｄを設けることで可撓部５５Ｂが支持部５５Ａから張り出した付近での変形量を抑えられ、可撓部５５Ｂが反り返り難くなる。
【００３４】
可撓部５５Ｂの上主面には４つの起伏形状部５５Ｃを設けている。４つの起伏形状部５５Ｃは可撓部５５Ｂの円周端に沿って等間隔で配列する。各起伏形状部５５Ｃは、それぞれ可撓部５５Ｂの上主面から円形で凸に隆起する。ここでは、可撓部５５Ｂの円周端から離間させて起伏形状部５５Ｃを設けている。これにより、起伏形状部５５Ｃが円周端に接する場合よりも、可撓部が撓みやすくなる。このようにすることで流入口６４Ａを開放させるために必要な流体圧を小さくし、可撓部５５Ｂによって生じる圧損を低減できる。
【００３５】
弁室Ｈ１は、ダイヤフラム６４と弁室板６６と底板６７とにより囲まれる円柱状の空間であり、内部に逆止弁５５を収める。ダイヤフラム６４は弁室Ｈ１の下壁面を構成し、弁室Ｈ１の流入口６４Ａと支持口６４Ｂとを備える。支持口６４Ｂは弁室Ｈ１の中央に設ける。流入口６４Ａは、逆止弁５５の可撓部５５Ｂに対向する位置に設ける。この弁室Ｈ１の下壁面が本発明の第１の壁面に相当する。底板６７は弁室Ｈ１の上壁面を構成し、弁室Ｈ１の流出口６７Ａを備える。流出口６７Ａは、可撓部５５Ｂの起伏形状部５５Ｃよりも内周側で可撓部５５Ｂに対向する位置に設ける。すなわち、起伏形状部５５Ｃは流出口６７Ａよりも可撓部５５Ｂの円周端側に設ける。この弁室Ｈ１の上壁面が本発明の第２の壁面に相当する。弁室板６６は弁室Ｈ１の側壁面を構成する。
【００３６】
逆止弁５５は、弁室Ｈ１の支持口６４Ｂに支持部５５Ａの下端部が挿入され、支持部５５Ａの上端が底板６７に接触して支持されるとともに可撓部５５Ｂの円周端の下側がダイヤフラム６４に接触して支持される。これにより、逆止弁５５の水平面での位置が規制されるとともに、主軸での位置が規制される。なお、本実施形態では弁室Ｈ１の上下壁面間隔は逆止弁５５の支持部５５Ａ上端から可撓部５５Ｂの下端までの距離より若干だけ短くし、逆止弁５５が弁室Ｈ１の上下壁面間に狭持されるように構成している。このように、弁室Ｈ１の上下壁面間で逆止弁５５を狭持する構成を採用することで、逆止弁５５と弁室Ｈ１とからなる流体装置の構成を低背化しながら、逆止弁５５の位置規制を高精度に行える。
【００３７】
また、本実施形態では、可撓部５５Ｂが支持部５５Ａの主軸に対して傾斜しているため、可撓部５５Ｂの円周端付近のみがダイヤフラム６４に接触する。これにより、両者の接触面積が抑えられ、流入口６４Ａを開放させるために必要な流体圧が小さくなり、可撓部５５Ｂによる圧損を抑制できる。
【００３８】
前述のポンプ室５２が収縮すると、可撓部５５Ｂの下主面に作用する流体圧が上主面に作用する流体圧よりも大きくなり、可撓部５５Ｂの周端部が上方に撓んで、流入口６４Ａに連通する逆止弁５５の下方空間が開放される。これにより、弁室Ｈ１を流体が順流で流れることになる。一方、ポンプ室５２が拡張すると、可撓部５５Ｂの下主面に作用する流体圧が上主面に作用する流体圧よりも小さくなり、可撓部５５Ｂの上方への撓みが回復して、可撓部５５Ｂが弁室Ｈ１の下壁面に押しつけられる。これにより、流入口６４Ａに連通する逆止弁５５の下方空間が閉塞され、弁室Ｈ１での流体の逆流が防がれる。
【００３９】
以上の構成の逆止弁５５および弁室Ｈ１では、従来構成と同様に、可撓部５５Ｂの下主面に作用する流体圧が上主面に作用する流体圧よりも過大になると、可撓部５５Ｂが規定より大きく上方に撓み、起伏形状部５５Ｃが弁室Ｈ１の上壁面に接触することになる。
【００４０】
図４は、この状態での逆止弁５５の変形状態を説明する断面図である。可撓部５５Ｂが規定より大きく上方に撓んで起伏形状部５５Ｃが弁室Ｈ１の上壁面に接触する際には、起伏形状部５５Ｃは流出口６７Ａよりも外周側に接触する。これにより可撓部５５Ｂの上主面と、弁室Ｈ１の上壁面との間に隙間ができる。このため、逆止弁５５と弁室Ｈ１の上壁面との接触面積が抑制されるとともに、可撓部５５Ｂが吸盤状になることが抑制され、可撓部５５Ｂは弁室Ｈ１の上壁面に貼り付き難くなる。したがって、流体の送液状態が通常に戻ることで可撓部５５Ｂの撓みが回復することになる。
【００４１】
このため、この圧電ポンプ１０１では、仮に気泡が混入した液体が送液されたり、液体が送液された後に高圧気体が流入したりして、逆止弁の可撓部が大きく撓んだとしても、圧電ポンプの機能が停止したり、可撓部が流出口を閉塞して圧電ポンプの破損を招いたりする不具合が生じ難く、高信頼性の構成となる。
【００４２】
なお、起伏形状部５５Ｃは凸形状の他、凹形状等であってもよく、弁室Ｈ１の上壁面との接触面積が小さくなるような構成が設けられていればよい。特に、起伏形状部５５Ｃと弁室Ｈ１の上壁面とが点接触もしくは線接触できるような構成が好ましい。起伏形状部５５Ｃは一つ以上設ければいくつ設けてもよい。また、可撓部５５Ｂは矩形など非円形であってもよい。可撓部５５Ｂは、中心からオフセットした位置で支持部５５Ａに支持させた舌状であってもよい。可撓部５５Ｂは、流入口が設けられた弁室Ｈ１の下壁面に、下主面全面が接触する構成であっても良い。さらには、先行技術文献の図３に示される構成のように、支持部の端部に大径部を設けて大径部と可撓部との間に弁室の壁面上下面を狭持することで逆止弁５５を支持してもよい。いずれの構成であっても、第２の壁面に対向する可撓部５５Ｂの主面に起伏形状部５５Ｃを設けることで、本発明は好適に実施することができる。
【００４３】
また、起伏形状部５５Ｃは、支持部５５Ａを取り囲むリング状に形成してもよい。その場合であっても、逆止弁５５と弁室Ｈ１の上壁面との接触面積を低減することができる。ただし、この場合には、反り返った逆止弁５５が吸盤状に上壁面に貼り付くことを防ぐことは難しい。そこで、リング状の一部に切れ目をいれたり、上壁面に切れ目をいれたりして、吸盤内部の圧が抜けるように構成するとよい。
【００４４】
次に、圧電ポンプの他の実施形態を例に、本願発明の逆止弁、流体装置、およびポンプを説明する。
【００４５】
図５は、逆止弁の構成例の斜視図である。
【００４６】
図５（Ａ）に示す逆止弁１５５は、上述の逆止弁５５と形状が相違する起伏形状部１５５Ｃを備える。起伏形状部１５５Ｃは、逆止弁１５５の傘状の上主面から長円形で凸に隆起し、その長円形の長径が逆止弁１５５の径に沿う。また、図５（Ｂ）に示す逆止弁２５５は、上述の逆止弁５５と形状が相違する起伏形状部２５５Ｃを備える。起伏形状部２５５Ｃは、逆止弁２５５の傘状の上主面から長円形で凸に隆起し、その長円形の長径が逆止弁１５５の周に沿う。このように起伏形状部はどのような形状であってもよい。例えば、可撓部の全面に凹凸を設けた形状などであっても好適である。
【００４７】
図６は、逆止弁および弁室の構成例の断面図である。
【００４８】
図６（Ａ）に示す逆止弁３５５および弁室Ｈ１１は、上述の逆止弁５５および弁室Ｈ１とは相違する位置に起伏形状部１６７Ｃを備える。具体的には、逆止弁３５５における可撓部３５５Ｂの傘状の上主面を凹凸のない連続面とし、弁室Ｈ１１の上壁面を構成する底板１６７の下面に、可撓部３５５Ｂに対向する起伏形状部１６７Ｃを設けている。
【００４９】
この構成では、可撓部３５５Ｂが規定より大きく上方に撓むと、可撓部３５５Ｂが起伏形状部１６７Ｃに接触することになる。すると、可撓部３５５Ｂの上主面と、弁室Ｈ１１の上壁面との間に隙間ができる。このため、逆止弁３５５と弁室Ｈ１１の上壁面との接触面積が抑制されるとともに、可撓部３５５Ｂが吸盤状になることが抑制され、可撓部３５５Ｂは弁室Ｈ１１の上壁面に貼り付き難くなる。したがって、流体の送液状態が通常に戻ることで可撓部３５５Ｂの撓みが回復することになる。
【００５０】
なお、起伏形状部１６７Ｃは、弁室Ｈ１１の上壁面の可撓部３５５Ｂに対向する領域を粗面化することで構成してもよい。起伏形状部１６７Ｃは一つ以上設ければいくつ設けてもよい。いずれの構成であっても、第２の壁面に起伏形状部を設けることで、本発明は好適に実施することができる。
【００５１】
図６（Ｂ）に示す逆止弁５５および弁室Ｈ２１は、上述の弁室Ｈ１とは流出口の数が相違する。具体的には、４つ設けていた流出口のうちの３つを無くして１つの流出口２６７Ａのみを設けている。この構成では、流出口２６７Ａの直下付近での可撓部５５Ｂの撓みが、その他の領域の可撓部５５Ｂの撓みよりも大きくなる。このように流出口の形成位置を、可撓部が対向する領域において特定の方向に偏らせて位置させることにより、１つの逆止弁であっても撓み力に差を持たせることができる。その結果、流出口２６７Ａ側の可撓部５５Ｂが固着したとしても、その他の領域の可撓部が固着しにくくなることから、その他の領域の可撓部が起点となり弁室Ｈ２１の上壁からはがれやすくなる。その結果、可逆部５５Ｂが吸盤状になって弁室Ｈ２１の上壁に貼り付く危険性が低減される。なお、ここでは流出口２６７を１つ設けたが、可撓部が対向する領域において形成位置を偏らせれば２つ以上設けてもよい。
【００５２】
図６（Ｃ）に示す逆止弁４５５は、支持部５５Ａの上端が弁室Ｈ２１の上壁面と接触し、支持部５５Ａに設けられた段部４５５Ｄが弁室Ｈ２１の下壁面に接触する。この構成では、弁室Ｈ２１の上下壁面間で逆止弁４５５を狭持して支持することで、弁室Ｈ２１の上壁面側から逆止弁４５５が高い圧力を受けたとしても、逆止弁４５５が支持口６４Ｂへ押し込まれて変形することや、姿勢が不安定になることを防ぐことができる。また、振動や落下試験等の外的要因によっても姿勢が崩れることがなく、より信頼性の高い流体装置を提供できる。
【００５３】
次に、圧電ポンプの性能確認試験を行った結果を説明する。試験では弁室Ｈ２１で逆止弁５５が反り返って弁室壁面に貼り付く状態になる圧力を測定した。性能確認試験の比較対象として起伏形状部を設けない従来構成の逆止弁３５５と、本構成の逆止弁５５との性能比較を行った。
【００５４】
図７（Ａ）は性能確認試験の実験環境を説明する図である。図７（Ｂ）は本構成の逆止弁５５が大きく撓んだ状態を示す図である。図７（Ｃ）は比較構成の逆止弁３５５が大きく撓んだ状態を示す図である。
【００５５】
実験に利用した実験装置は、圧電ポンプの流入路に接続する送液配管に対して、レギュレータ２０２と高圧源２０１と圧力センサ２０３とコッヘル２０４を接続した構成である。
【００５６】
試験は、まず、圧電ポンプにメタノールを充填させた。次に、コッヘル２０４を閉じた状態でレギュレータ２０２を調整して圧力センサ２０３が所定圧力を検出するようにした。そして、コッヘル２０４を開くことで圧電ポンプに空気を流し込み、弁室で逆止弁が反り返って弁室Ｈ２１の壁面に貼り付く状態になっていることが視認できるか判定した。
【００５７】
所定圧力を１０ｋＰａ毎に変更して実験を繰り返した結果、本構成では１００ｋＰａを超えても逆止弁５５の貼り付きが生じなかった。実験中には、図７（Ｂ）に示すような逆止弁５５が反り返った状況となったが、実験後には、逆止弁５５の反り返りが回復し、通常動作が可能になった。一方、比較構成では、３０〜５０ｋＰａの所定圧力とした場合に、逆止弁３５５の貼り付きが頻発し、図７（Ｃ）に示すような逆止弁３５５が反り返った状況が、実験後にも維持され、通常動作ができない不具合が生じた。この性能確認試験の結果からも、本願構成では逆止弁の貼り付きを抑えることが可能であることが確認できた。
【符号の説明】
【００５８】
１０１…圧電ポンプ
６０…ポンプ室天板
７０…ポンプ室本体
５１…流入路
５２…ポンプ室
５３…排出路
５４，５５…逆止弁
Ｈ１，Ｈ２…弁室
５５Ａ…支持部
５５Ｂ…可撓部
５５Ｃ…起伏形状部
５５Ｄ…段部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱形状の支持部と、
前記支持部の主軸に対して傾斜する状態で前記支持部に支持された可撓部と、を備え、
前記主軸に対して傾斜する前記可撓部の両主面のうち前記支持部と鈍角をなす主面に、部分的に起伏する起伏形状部を備える、逆止弁。
【請求項２】
柱形状の支持部、および、前記支持部に支持された可撓部、を備える逆止弁と、
前記可撓部の変位により前記可撓部に覆われる位置に流体の流入口を有する第１の壁面と、前記第１の壁面に対向し、流体の流出口を有する第２の壁面と、の間に前記可撓部を収める弁室と、を備え、
前記可撓部の両主面のうち前記第２の壁面に対向する主面と、前記弁室の第２の壁面と、の互いに対向する領域の少なくとも一方に、部分的に起伏する起伏形状部を備える、流体装置。
【請求項３】
前記可撓部は、中心部で前記支持部に支持されてなり、
前記起伏形状部は、前記可撓部の周端部に沿って部分的に起伏する、請求項２に記載の流体装置。
【請求項４】
前記起伏形状部は、前記可撓部の端部から離間する位置に設けられる、請求項２または３のいずれかに記載の流体装置。
【請求項５】
前記弁室の第２の壁面は、前記可撓部の変位により前記可撓部に覆われる位置に流体の流出口を有し、
前記起伏形状部は、前記流出口よりも前記可撓部の端部側に位置する、請求項２〜４のいずれかに記載の流体装置。
【請求項６】
前記可撓部の両主面のうち前記第１の壁面に対向する主面は、前記支持部と鋭角をなす、請求項２〜５のいずれかに記載の流体装置。
【請求項７】
前記可撓部の両主面のうち前記第１の壁面に対向する主面と、前記支持部と、のなす角部が段形状に構成された、請求項６に記載の流体装置。
【請求項８】
前記支持部の上端が第２の壁面に接触して支持されており、前記角部に設けられた段形状の段部が、前記第１の壁面に接触して支持された、請求項７に記載の流体装置。
【請求項９】
請求項２〜８のいずれかに記載の流体装置の前記弁室および前記逆止弁を、ポンプ室に連通する流路に設けた、ポンプ。
【請求項１】
柱形状の支持部と、
前記支持部の主軸に対して傾斜する状態で前記支持部に支持された可撓部と、を備え、
前記主軸に対して傾斜する前記可撓部の両主面のうち前記支持部と鈍角をなす主面に、部分的に起伏する起伏形状部を備える、逆止弁。
【請求項２】
柱形状の支持部、および、前記支持部に支持された可撓部、を備える逆止弁と、
前記可撓部の変位により前記可撓部に覆われる位置に流体の流入口を有する第１の壁面と、前記第１の壁面に対向し、流体の流出口を有する第２の壁面と、の間に前記可撓部を収める弁室と、を備え、
前記可撓部の両主面のうち前記第２の壁面に対向する主面と、前記弁室の第２の壁面と、の互いに対向する領域の少なくとも一方に、部分的に起伏する起伏形状部を備える、流体装置。
【請求項３】
前記可撓部は、中心部で前記支持部に支持されてなり、
前記起伏形状部は、前記可撓部の周端部に沿って部分的に起伏する、請求項２に記載の流体装置。
【請求項４】
前記起伏形状部は、前記可撓部の端部から離間する位置に設けられる、請求項２または３のいずれかに記載の流体装置。
【請求項５】
前記弁室の第２の壁面は、前記可撓部の変位により前記可撓部に覆われる位置に流体の流出口を有し、
前記起伏形状部は、前記流出口よりも前記可撓部の端部側に位置する、請求項２〜４のいずれかに記載の流体装置。
【請求項６】
前記可撓部の両主面のうち前記第１の壁面に対向する主面は、前記支持部と鋭角をなす、請求項２〜５のいずれかに記載の流体装置。
【請求項７】
前記可撓部の両主面のうち前記第１の壁面に対向する主面と、前記支持部と、のなす角部が段形状に構成された、請求項６に記載の流体装置。
【請求項８】
前記支持部の上端が第２の壁面に接触して支持されており、前記角部に設けられた段形状の段部が、前記第１の壁面に接触して支持された、請求項７に記載の流体装置。
【請求項９】
請求項２〜８のいずれかに記載の流体装置の前記弁室および前記逆止弁を、ポンプ室に連通する流路に設けた、ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２２３２１８（Ｐ２０１０−２２３２１８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３４３（Ｐ２０１０−２８３４３）
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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